Շատ փոխարինող ռեակցիաներ ճանապարհ են բացում տնտեսական կիրառություն ունեցող տարբեր միացությունների ստացման համար: Քիմիական գիտության և արդյունաբերության մեջ հսկայական դեր է տրվում էլեկտրոֆիլ և նուկլեոֆիլ փոխարինմանը։ Օրգանական սինթեզում այս գործընթացներն ունեն մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք պետք է հաշվի առնել։
քիմիական երևույթների բազմազանություն. Փոխարինման ռեակցիաներ
Նյութերի փոխակերպումների հետ կապված քիմիական փոփոխություններն առանձնանում են մի շարք հատկանիշներով. Վերջնական արդյունքները, ջերմային ազդեցությունները կարող են տարբեր լինել. որոշ պրոցեսներ գնում են մինչև վերջ, մյուսներում նյութերի փոփոխությունը հաճախ ուղեկցվում է օքսիդացման աստիճանի բարձրացմամբ կամ նվազմամբ։ Քիմիական երևույթներն ըստ դրանց վերջնական արդյունքի դասակարգելիս ուշադրություն է դարձվում ռեակտիվների և արտադրանքի որակական և քանակական տարբերություններին: Ըստ այդ հատկանիշների՝ կարելի է առանձնացնել քիմիական փոխակերպումների 7 տեսակ, այդ թվում՝ փոխարինումը, հետևելով սխեմայով. - կոչվում է «մասնիկ, որը փոխարինում է ռեագենտում ատոմին, իոնին կամ ֆունկցիոնալ խմբին: Փոխարինման ռեակցիան բնորոշ է սահմանափակող և
Փոխարինման ռեակցիաները կարող են առաջանալ կրկնակի փոխանակման տեսքով՝ A-B + C-E A-C + B-E: Ենթատեսակներից է, օրինակ, պղնձի տեղափոխումը երկաթով պղնձի սուլֆատի լուծույթից՝ CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu: Ատոմները, իոնները կամ ֆունկցիոնալ խմբերը կարող են հանդես գալ որպես «գրոհող» մասնիկ
Փոխարինող հոմոլիտիկ (ռադիկալ, SR)
Կովալենտային կապերի խզման արմատական մեխանիզմով տարբեր տարրերի համար ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը համամասնորեն բաշխված է մոլեկուլի «բեկորների» միջև։ Ձևավորվում են ազատ ռադիկալներ։ Սրանք անկայուն մասնիկներ են, որոնց կայունացումը տեղի է ունենում հետագա փոխակերպումների արդյունքում։ Օրինակ, երբ մեթանից էթան է ստացվում, ազատ ռադիկալներ են հայտնվում, որոնք մասնակցում են փոխարինման ռեակցիային՝ CH 4 CH 3: + .H; CH 3. + .CH 3 → C2H5; H. + .H → H2. Հոմոլիտիկ կապի խզումը ըստ տվյալ փոխարինման մեխանիզմի կրում է շղթայական բնույթ։ Մեթանում H ատոմները կարող են հաջորդաբար փոխարինվել քլորով։ Բրոմի հետ ռեակցիան ընթանում է նույն կերպ, բայց յոդն ի վիճակի չէ ուղղակիորեն փոխարինել ջրածինը ալկաններում, ֆտորը չափազանց ինտենսիվ է արձագանքում դրանց հետ:
Հետերոլիտիկ ճեղքման մեթոդ
Փոխարինման ռեակցիաների իոնային մեխանիզմով էլեկտրոնները անհավասարաչափ են բաշխվում նոր ձևավորված մասնիկների միջև։ Էլեկտրոնների կապող զույգն ամբողջությամբ գնում է «բեկորներից» մեկին, ամենից հաճախ՝ կապի այդ գործընկերոջը, որի ուղղությամբ բևեռային մոլեկուլում բացասական խտությունը տեղափոխվել է։ Փոխարինման ռեակցիաները ներառում են CH 3 OH մեթիլ ալկոհոլի ձևավորում: Բրոմոմեթան CH3Br-ում մոլեկուլի ճեղքումը հետերոլիտիկ է, իսկ լիցքավորված մասնիկները՝ կայուն։ Մեթիլը ձեռք է բերում դրական լիցք, իսկ բրոմը՝ բացասական՝ CH 3 Br → CH 3 + + Br - ; NaOH → Na + + OH - ; CH 3 + + OH - → CH 3 OH; Na + + Br - ↔ NaBr.
Էլեկտրոֆիլներ և նուկլեոֆիլներ
Այն մասնիկները, որոնք չունեն էլեկտրոններ և կարող են ընդունել դրանք, կոչվում են «էլեկտրոֆիլներ»: Դրանք ներառում են ածխածնի ատոմները, որոնք կապված են հալոալկանների հալոգենների հետ: Նուկլեոֆիլներն ունեն էլեկտրոնային խտության բարձրացում, նրանք «նվիրում են» զույգ էլեկտրոններ կովալենտային կապ ստեղծելիս։ Փոխարինման ռեակցիաներում բացասական լիցքերով հարուստ նուկլեոֆիլները հարձակվում են էլեկտրոնների քաղցած էլեկտրոֆիլների կողմից։ Այս երեւույթը կապված է ատոմի կամ այլ մասնիկի՝ հեռացող խմբի տեղաշարժի հետ։ Փոխարինման ռեակցիայի մեկ այլ տեսակ էլեկտրոֆիլի հարձակումն է նուկլեոֆիլի կողմից: Երբեմն դժվար է տարբերակել երկու պրոցեսները, փոխարինումը վերագրել այս կամ այն տեսակին, քանի որ դժվար է հստակ նշել, թե մոլեկուլներից որն է սուբստրատը և որը ռեագենտը: Սովորաբար նման դեպքերում հաշվի են առնվում հետևյալ գործոնները.
- հեռացող խմբի բնույթը;
- նուկլեոֆիլային ռեակտիվություն;
- լուծիչի բնույթը;
- ալկիլային մասի կառուցվածքը.
Փոխարինող նուկլեոֆիլ (SN)
Օրգանական մոլեկուլում փոխազդեցության գործընթացում նկատվում է բևեռացման աճ։ Հավասարումների մեջ մասնակի դրական կամ բացասական լիցքը նշվում է հունական այբուբենի տառով։ Կապի բևեռացումը հնարավորություն է տալիս դատել դրա խզման բնույթը և մոլեկուլի «բեկորների» հետագա վարքը։ Օրինակ, յոդոմեթանի ածխածնի ատոմը մասնակի դրական լիցք ունի և էլեկտրոֆիլ կենտրոն է։ Այն ձգում է ջրի դիպոլի այն հատվածը, որտեղ գտնվում է թթվածինը, որն ունի էլեկտրոնների ավելցուկ։ Երբ էլեկտրոֆիլը փոխազդում է նուկլեոֆիլ ռեագենտի հետ, առաջանում է մեթանոլ՝ CH 3 I + H 2 O → CH 3 OH + HI: Նուկլեոֆիլային փոխարինման ռեակցիաները տեղի են ունենում բացասական լիցքավորված իոնի կամ մոլեկուլի մասնակցությամբ, որն ունի ազատ էլեկտրոնային զույգ, որը չի մասնակցում քիմիական կապի ստեղծմանը։ Յոդոմեթանի ակտիվ մասնակցությունը SN 2 ռեակցիաներին բացատրվում է նուկլեոֆիլային հարձակման համար նրա բացությամբ և յոդի շարժունակությամբ։
Էլեկտրաֆիլային փոխարինում (SE)
Օրգանական մոլեկուլը կարող է պարունակել նուկլեոֆիլ կենտրոն, որը բնութագրվում է էլեկտրոնի խտության ավելցուկով։ Այն փոխազդում է էլեկտրոֆիլ ռեագենտի հետ, որը չունի բացասական լիցքեր։ Այդպիսի մասնիկները ներառում են ազատ ուղեծրերով ատոմներ, էլեկտրոնների ցածր խտության տարածքներով մոլեկուլներ։ Ածխածնի մեջ, որն ունի «-» լիցք, փոխազդում է ջրի դիպոլի դրական մասի հետ՝ ջրածնի հետ՝ CH 3 Na + H 2 O → CH 4 + NaOH: Այս էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիայի արդյունքը մեթանն է։ Հետերոլիտիկ ռեակցիաներում օրգանական մոլեկուլների հակառակ լիցքավորված կենտրոնները փոխազդում են, ինչը նրանց նմանեցնում է իոններին անօրգանական նյութերի քիմիայում։ Չպետք է անտեսել, որ օրգանական միացությունների փոխակերպումը հազվադեպ է ուղեկցվում իրական կատիոնների և անիոնների ձևավորմամբ։
Մոնոմոլեկուլային և երկմոլեկուլային ռեակցիաներ
Նուկլեոֆիլային փոխարինումը մոնոմոլեկուլային է (SN1): Օրգանական սինթեզի կարևոր արտադրանքի՝ երրորդային բուտիլքլորիդի հիդրոլիզն ընթանում է այս մեխանիզմով։ Առաջին փուլը դանդաղ է, այն կապված է աստիճանական տարանջատման հետ ածխածնի կատիոնի և քլորիդ անիոնի մեջ: Երկրորդ փուլն ավելի արագ է, կարբոնիումի իոնը փոխազդում է ջրի հետ։ հալոգենի փոխարինումը ալկանում հիդրօքսի խմբի հետ և առաջնային սպիրտ ստանալը՝ (CH 3) 3 C-Cl → (CH 3) 3 C + + Cl - ; (CH 3) 3 C + + H 2 O → (CH 3) 3 C-OH + H +: Առաջնային և երկրորդային ալկիլ հալոգենիդների միաստիճան հիդրոլիզը բնութագրվում է հալոգենի հետ ածխածնի կապի միաժամանակյա քայքայմամբ և C–OH զույգի ձևավորմամբ։ Սա նուկլեոֆիլ բիմոլեկուլային փոխարինման մեխանիզմն է (SN2):
Հետերոլիտիկ փոխարինման մեխանիզմ
Փոխարինման մեխանիզմը կապված է էլեկտրոնների փոխանցման, միջանկյալ բարդույթների ստեղծման հետ։ Ռեակցիան այնքան արագ է ընթանում, այնքան ավելի հեշտ է ձևավորվում դրան բնորոշ միջանկյալ արտադրանքները։ Հաճախ գործընթացը միաժամանակ մի քանի ուղղություններով է ընթանում։ Առավելությունը սովորաբար ձեռք է բերվում այն մասնիկները, որոնք իրենց ձևավորման համար պահանջում են էներգիայի նվազագույն ծախսեր: Օրինակ, կրկնակի կապի առկայությունը մեծացնում է ալիլ կատիոնի առաջացման հավանականությունը CH2=CH—CH 2 +՝ համեմատած CH 3 + իոնի հետ։ Պատճառը բազմակի կապի էլեկտրոնային խտության մեջ է, որն ազդում է մոլեկուլով մեկ ցրված դրական լիցքի տեղակայման վրա:
Բենզոլի փոխարինման ռեակցիաներ
Խումբը, որին բնորոշ է էլեկտրոֆիլային փոխարինումը, արենաներն են։ Բենզոլային օղակը հարմար թիրախ է էլեկտրաֆիլային հարձակման համար։ Գործընթացը սկսվում է երկրորդ ռեակտիվում կապի բևեռացումից, որի արդյունքում բենզոլային օղակի էլեկտրոնային ամպին կից ձևավորվում է էլեկտրոֆիլ: Արդյունքն անցումային համալիր է։ Դեռևս չկա էլեկտրոֆիլ մասնիկի լիարժեք կապ ածխածնի ատոմներից մեկի հետ, այն ձգվում է էլեկտրոնների «արոմատիկ վեցյակի» ողջ բացասական լիցքով։ Գործընթացի երրորդ փուլում օղակի էլեկտրոֆիլը և մեկ ածխածնի ատոմը միացված են էլեկտրոնների ընդհանուր զույգով (կովալենտային կապ): Բայց այս դեպքում ոչնչացվում է «արոմատիկ վեցյակը», ինչը անբարենպաստ է կայուն կայուն էներգետիկ վիճակի հասնելու տեսանկյունից։ Կա մի երեւույթ, որը կարելի է անվանել «պրոտոնի արտանետում»։ Տեղի է ունենում H+-ի պառակտում, վերականգնվում է արեններին բնորոշ կայուն կապի համակարգը։ Ենթամթերքը պարունակում է բենզոլային օղակից ջրածնի կատիոն և երկրորդ ռեագենտի բաղադրությունից անիոն:
Օրգանական քիմիայի փոխարինման ռեակցիաների օրինակներ
Ալկանների համար հատկապես բնորոշ է փոխարինման ռեակցիան։ Էլեկտրաֆիլ և նուկլեոֆիլ փոխակերպումների օրինակներ կարելի է բերել ցիկլոալկանների և արենների համար։ Նմանատիպ ռեակցիաներ օրգանական նյութերի մոլեկուլներում տեղի են ունենում նորմալ պայմաններում, բայց ավելի հաճախ տաքացման ժամանակ և կատալիզատորների առկայության դեպքում։ Էլեկտրաֆիլային փոխարինումը արոմատիկ միջուկում տարածված և լավ ուսումնասիրված գործընթացներից է։ Այս տեսակի ամենակարևոր ռեակցիաներն են.
- Բենզոլի նիտրացումը H 2 SO 4-ի առկայության դեպքում - ընթանում է ըստ սխեմայի՝ C 6 H 6 → C 6 H 5 -NO 2:
- Բենզոլի կատալիտիկ հալոգենացումը, մասնավորապես քլորացումը, ըստ հավասարման՝ C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl:
- Անուշաբույր ստացվում է «ծխող» ծծմբաթթվով, առաջանում են բենզոլսուլֆոնաթթուներ։
- Ալկիլացումը բենզոլի օղակից ջրածնի ատոմի փոխարինումն է ալկիլով։
- Ացիլացումը կետոնների առաջացումն է։
- Ֆորմիլացումը ջրածնի փոխարինումն է CHO խմբով և ալդեհիդների առաջացում։
Փոխարինման ռեակցիաները ներառում են ռեակցիաներ ալկաններում և ցիկլոալկաններում, որոնցում հալոգենները հարձակվում են հասանելի C-H կապի վրա: Ածանցյալների պատրաստումը կարող է կապված լինել մեկ, երկու կամ բոլոր ջրածնի ատոմների փոխարինման հետ հագեցած ածխաջրածիններում և ցիկլոպարաֆիններում: Ցածր մոլեկուլային քաշի հալոալկաններից շատերը օգտագործում են տարբեր դասերի ավելի բարդ նյութերի արտադրության մեջ: Փոխարինման ռեակցիաների մեխանիզմների ուսումնասիրության մեջ ձեռք բերված առաջընթացը հզոր խթան է տվել ալկանների, ցիկլոպարաֆինների, արենների և ածխաջրածինների հալոգեն ածանցյալների վրա հիմնված սինթեզների զարգացմանը։
Այն ձևավորվում է ատոմային ուղեծրերի համընկնման և ընդհանուր էլեկտրոնային զույգերի առաջացման ժամանակ։ Սրա արդյունքում ձևավորվում է երկու ատոմների համար ընդհանուր ուղեծիր, որի վրա տեղակայված է էլեկտրոնների ընդհանուր զույգ։ Երբ կապը խզվում է, այս ընդհանուր էլեկտրոնների ճակատագիրը կարող է տարբեր լինել:
Կովալենտային կապի ձևավորման փոխանակման մեխանիզմ: Հոմոլիտիկ կապի խախտում
Մի ատոմին պատկանող չզույգացված էլեկտրոն ունեցող ուղեծրը կարող է համընկնել մեկ այլ ատոմի ուղեծրի հետ, որը նույնպես պարունակում է չզույգված էլեկտրոն: Այս դեպքում կովալենտային կապի ձևավորումը տեղի է ունենում փոխանակման մեխանիզմի համաձայն.
H + H -> H: H, կամ H-H
Կովալենտային կապի ձևավորման փոխանակման մեխանիզմը իրականացվում է, եթե տարբեր ատոմներին պատկանող չզույգված էլեկտրոններից առաջանում է ընդհանուր էլեկտրոնային զույգ։
Փոխանակման մեխանիզմով կովալենտային կապի առաջացմանը հակառակ պրոցեսը կապի խզումն է, որի ժամանակ յուրաքանչյուր ատոմին գնում է մեկ էլեկտրոն։ Արդյունքում ձևավորվում են չզույգված էլեկտրոններով երկու չլիցքավորված մասնիկներ.
Նման մասնիկները կոչվում են ազատ ռադիկալներ:
ազատ ռադիկալներ- չզույգված էլեկտրոններով ատոմներ կամ ատոմների խմբեր.
Կովալենտային կապի խզման մեխանիզմը, որում առաջանում են ազատ ռադիկալներ, կոչվում է հեմոլիտիկ կամ հոմոլիզ (հոմոն նույնն է, այսինքն՝ կապի այս տեսակ խզումը հանգեցնում է միանման մասնիկների առաջացման)։
Այն ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում գործողության ներքո և ազատ ռադիկալների մասնակցությամբ, կոչվում են ազատ ռադիկալների ռեակցիաներ.
Հիդրօքսիլ անիոնը ձգվում է դեպի ածխածնի ատոմը (հարձակվում է ածխածնի ատոմի վրա), որի վրա կենտրոնացած է մասնակի դրական լիցքը և փոխարինում է բրոմին, ավելի ճիշտ՝ բրոմիդի անիոնին։
1-քլորոպրոպանի մոլեկուլում C-Cl կապի էլեկտրոնային զույգը տեղափոխվում է դեպի քլորի ատոմ՝ ավելի մեծ էլեկտրաբացասականության պատճառով։ Այս դեպքում ածխածնի ատոմը, որը ստացել է մասնակի դրական լիցք (§ +), էլեկտրոններ է վերցնում իր հետ կապված ածխածնի ատոմից, որն էլ իր հերթին հետևյալից.
Այսպիսով, ինդուկտիվ էֆեկտը փոխանցվում է շղթայի երկայնքով, բայց արագորեն քայքայվում է. այն գործնականում չի նկատվում արդեն երեք st-coupling-ից հետո:
Դիտարկենք մեկ այլ ռեակցիա՝ ջրածնի բրոմի ավելացումը էթենին.
CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br
Այս ռեակցիայի սկզբնական փուլում մի քանի կապ պարունակող մոլեկուլին ավելացվում է ջրածնի կատիոն.
CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3
n կապի էլեկտրոնները տեղափոխվել են ածխածնի մեկ ատոմ, հարեւանն ունի դրական լիցք, չլցված ուղեծր։
Նման մասնիկների կայունությունը որոշվում է նրանով, թե որքանով է փոխհատուցվում ածխածնի ատոմի դրական լիցքը։ Այս փոխհատուցումը տեղի է ունենում a- կապի էլեկտրոնային խտության տեղաշարժի շնորհիվ դեպի դրական լիցքավորված ածխածնի ատոմ, այսինքն՝ դրական ինդուկտիվ էֆեկտ (+1): 
Ատոմների խումբը, տվյալ դեպքում մեթիլ խումբը, որտեղից վերցվում է էլեկտրոնային խտությունը, ունի դոնորային ազդեցություն, որը նշվում է +1-ով։
մեզոմերային ազդեցություն. Գոյություն ունի որոշ ատոմների կամ խմբերի ազդեցության մեկ այլ եղանակ մյուսների վրա՝ մեզոմերական էֆեկտը կամ խոնարհման էֆեկտը։
Դիտարկենք 1,3-բուտադիենի մոլեկուլը.
CH2=CH CH=CH2
Պարզվում է, որ այս մոլեկուլի կրկնակի կապերը միայն երկու կրկնակի կապեր չեն։ Քանի որ դրանք մոտ են, կա համընկնումը Պ- կապեր, որոնք կազմում են հարևան կրկնապատիկները, և առաջանում է ընդհանուր ածխածնի բոլոր չորս ատոմների համար Պ- էլեկտրոնային ամպ: Այս դեպքում համակարգը (մոլեկուլը) դառնում է ավելի կայուն։ Այս երեւույթը կոչվում է խոնարհում (այս դեպքում Պ - Պ- խոնարհում): 
Լրացուցիչ համընկնումը, մեկ օ-կապով առանձնացված n-կապերի խոնարհումը հանգեցնում է դրանց «միջինացման»: Կենտրոնական պարզ կապը ձեռք է բերում մասնակի «կրկնակի» բնույթ, դառնում է ավելի ու ավելի կարճ, իսկ կրկնակի կապերը որոշակիորեն թուլանում և երկարանում են։
Խոնարհման մեկ այլ օրինակ է կրկնակի կապի ազդեցությունն այն ատոմի վրա, որն ունի չբաշխված էլեկտրոնային զույգ:
Այսպիսով, օրինակ, կարբոքսիլաթթվի տարանջատման ժամանակ չկիսված էլեկտրոնային զույգը մնում է թթվածնի ատոմի վրա.
Սա հանգեցնում է տարանջատման ժամանակ ձևավորված անիոնի կայունության բարձրացման և թթվի ուժի բարձրացման։
Էլեկտրոնների խտության տեղաշարժը խոնարհված համակարգերում, որոնք ներառում են n-կապեր կամ չկիսված էլեկտրոնային զույգեր, կոչվում է մեզոմերային էֆեկտ (M):
Հիմնական ռեակցիայի մեխանիզմները
Մենք առանձնացրել ենք արձագանքող մասնիկների երեք հիմնական տեսակ՝ ազատ ռադիկալներ, էլեկտրոֆիլներ, նուկլեոֆիլներ և ռեակցիայի մեխանիզմների երեք համապատասխան տեսակներ.
Ազատ ռադիկալ;
էլեկտրոֆիլ;
նուկլեոֆիլ.
Ի լրումն ռեակցիաների դասակարգման՝ ըստ արձագանքող մասնիկների տեսակի, օրգանական քիմիան առանձնացնում է ռեակցիաների չորս տեսակ՝ ըստ մոլեկուլների բաղադրության փոփոխման սկզբունքի՝ ավելացում, փոխարինում, վերացում կամ վերացում (անգլերենից վերացնել - հեռացնել, բաժանել) , և վերադասավորում։ Քանի որ հավելումը և փոխարինումը կարող են տեղի ունենալ բոլոր երեք տեսակի ռեակտիվ մասնիկների ազդեցության ներքո, կարելի է առանձնացնել մի քանի հիմնական ռեակցիայի մեխանիզմներ:
Բացի այդ, մենք կդիտարկենք տրոհման կամ վերացման ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում նուկլեոֆիլ մասնիկների՝ հիմքերի ազդեցության տակ։
1. Որո՞նք են կովալենտային կապի հոմոլիտիկ և հետերոլիտիկ ընդմիջումները: Կովալենտային կապերի առաջացման ո՞ր մեխանիզմներին են դրանք բնորոշ:
2. Ի՞նչ են կոչվում էլեկտրոֆիլներ և նուկլեոֆիլներ: Բերեք դրանց օրինակները:
3. Որո՞նք են տարբերությունները մեզոմերային և ինդուկտիվ էֆեկտների միջև: Ինչպե՞ս են այս երևույթները ցույց տալիս օրգանական միացությունների կառուցվածքի մասին Ա.
4. Ինդուկտիվ և մեզոմերական էֆեկտների հասկացությունների լույսի ներքո դիտարկենք ատոմների փոխադարձ ազդեցությունը մոլեկուլներում.
Ձեր եզրակացությունները հաստատեք քիմիական ռեակցիաների հավասարումների օրինակներով:
Դասի բովանդակությունը դասի ամփոփումաջակցություն շրջանակային դասի ներկայացման արագացուցիչ մեթոդներ ինտերակտիվ տեխնոլոգիաներ Պրակտիկա առաջադրանքներ և վարժություններ ինքնաքննության սեմինարներ, թրեյնինգներ, դեպքեր, որոնումներ տնային առաջադրանքների քննարկման հարցեր հռետորական հարցեր ուսանողներից Նկարազարդումներ աուդիո, տեսահոլովակներ և մուլտիմեդիալուսանկարներ, նկարներ գրաֆիկա, աղյուսակներ, սխեմաներ հումոր, անեկդոտներ, կատակներ, կոմիքսներ առակներ, ասացվածքներ, խաչբառեր, մեջբերումներ Հավելումներ վերացականներհոդվածներ չիպսեր հետաքրքրասեր խաբեբա թերթիկների համար դասագրքեր հիմնական և լրացուցիչ տերմինների բառարան այլ Դասագրքերի և դասերի կատարելագործումուղղել դասագրքի սխալներըԴասագրքի նորարարության տարրերի թարմացում դասագրքում՝ հնացած գիտելիքները նորերով փոխարինելով Միայն ուսուցիչների համար կատարյալ դասերքննարկման ծրագրի տարվա մեթոդական առաջարկությունների օրացուցային պլան Ինտեգրված դասերԲոլոր քիմիական ռեակցիաները ուղեկցվում են որոշ կապերի խզմամբ և մյուսների ձևավորմամբ։ Սկզբունքորեն, օրգանական ռեակցիաները ենթարկվում են նույն օրենքներին, ինչ անօրգանականները, բայց ունեն որակական ինքնատիպություն։
Այսպիսով, եթե իոնները սովորաբար մասնակցում են անօրգանական ռեակցիաներին, ապա մոլեկուլները մասնակցում են օրգանական ռեակցիաներին:
Ռեակցիաները շատ ավելի դանդաղ են ընթանում, շատ դեպքերում պահանջում են կատալիզատոր կամ արտաքին պայմանների ընտրություն (ջերմաստիճան, ճնշում):
Ի տարբերություն անօրգանական ռեակցիաների, որոնք տեղի են ունենում միանգամայն միանշանակ, օրգանական ռեակցիաների մեծ մասն ուղեկցվում է այս կամ այն կողմնակի ռեակցիաներով: Այս դեպքում հիմնական արտադրանքի բերքատվությունը հաճախ չի գերազանցում 50%-ը, սակայն պատահում է, որ բերքատվությունն էլ ավելի քիչ է լինում։ Բայց որոշ դեպքերում ռեակցիան կարող է ընթանալ քանակապես, այսինքն. 100% եկամտաբերությամբ։ Շնորհիվ այն բանի, որ օրգանական քիմիայում արտադրանքի բաղադրությունը միանշանակ չէ, քիմիական ռեակցիաների հավասարումները հազվադեպ են օգտագործվում։ Ամենից հաճախ գրվում է ռեակցիայի սխեման, որում արտացոլվում են սկզբնական նյութերը և ռեակցիայի հիմնական արտադրանքը, իսկ սխեմայի աջ և ձախ մասերի միջև «=» նշանի փոխարեն օգտագործվում է «» կամ շրջելիության նշանը։
Օրգանական ռեակցիաների դասակարգման երկու մոտեցում կա՝ ըստ քիմիական փոխակերպումների բնույթի և ըստ դրանց առաջացման մեխանիզմների։
Ըստ քիմիական փոխակերպումների բնույթի՝ առանձնանում են.
|
Փոխարինման ռեակցիաներ (S - անգլերենից. Փոխարինում - փոխարինում) |
Մեկ ատոմ կամ ատոմների խումբ փոխարինվում է մեկ այլ ատոմով կամ ատոմների խմբի կողմից. |
|
Ավելացման ռեակցիաներ (Գովազդ - անգլերենից: Ավելացում - միացում) |
Երկու կամ ավելի մոլեկուլները կազմում են մեկ նոր նյութ: Կցորդը, որպես կանոն, անցնում է բազմաթիվ պարտատոմսերի միջոցով (կրկնակի, եռակի). |
|
Վերացման ռեակցիաներ (E - անգլերենից. Վերացում - վերացում, հեռացում) |
Ածխաջրածինների ածանցյալների ռեակցիաները, որոնցում ֆունկցիոնալ խումբը բաժանվում է ջրածնի ատոմների հետ միասին՝ ձևավորելով կապ (կրկնակի, եռակի). |
|
Վերախմբավորումներ (Rg - անգլերենից. Re-grouping - regrouping) |
Էլեկտրոնների խտության և ատոմների վերաբաշխման ներմոլեկուլային ռեակցիաներ. (Ֆավորսկու վերադասավորում): |
Օրգանական ռեակցիաների դասակարգումն ըստ առաջացման մեխանիզմի.
Քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմն այն ճանապարհն է, որը տանում է դեպի հին կապի խզումը և նորի ձևավորումը:
Կովալենտային կապը խզելու երկու մեխանիզմ կա.
1. Հետերոլիտիկ (իոնային). Այս դեպքում կապող էլեկտրոնային զույգն ամբողջությամբ անցնում է կապված ատոմներից մեկին.
2. Հոմոլիտիկ (արմատական): Ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը կիսով չափ բաժանվում է ազատ վալենտներով երկու մասնիկների՝ ռադիկալների ձևավորմամբ.
Քայքայման մեխանիզմի բնույթը որոշվում է գրոհող մասնիկի (ռեագենտի) տեսակով։ Օրգանական քիմիայում կան երեք տեսակի ռեագենտներ.
1. Նուկլեոֆիլ ռեակտիվներ (N - լատիներեն Nucleophilic - միջուկի հետ կապվածություն ունեցող):
Էլեկտրոնների ավելցուկային խտություն պարունակող մասնիկներ (ատոմներ, խմբեր, չեզոք մոլեկուլներ): Նրանք բաժանվում են ուժեղ, միջին ուժի և թույլ: Նուկլեոֆիլի ուժը հարաբերական հասկացություն է՝ կախված ռեակցիայի պայմաններից (լուծիչի բևեռականություն)։ Բևեռային լուծիչներում ուժեղ նուկլեոֆիլներ, ինչպես նաև չեզոք մոլեկուլներ՝ չբաշխված էլեկտրոնային զույգերով (ոչ կապող ուղեծրերում): Միջին ուժի նուկլեոֆիլներ: . Թույլ նուկլեոֆիլներուժեղ թթուների անիոններ, ինչպես նաև ֆենոլներ և անուշաբույր ամիններ:
2. Էլեկտրաֆիլ ռեագենտներ (E - լատ. Էլեկտրոֆիլ - էլեկտրոնի նկատմամբ մերձություն ունեցող):
Մասնիկներ (ատոմներ, խմբեր, չեզոք մոլեկուլներ), որոնք կրում են դրական լիցք կամ դատարկ ուղեծր, ինչի արդյունքում նրանք կապ ունեն բացասական լիցքավորված մասնիկների կամ էլեկտրոնային զույգի հետ։ Համարին ուժեղ էլեկտրոֆիլներներառում են պրոտոն, մետաղական կատիոններ (հատկապես բազմապատկված լիցքավորվածները), մոլեկուլներ, որոնք ունեն դատարկ ուղեծիր ատոմներից մեկի վրա (Լյուիսի թթուներ) - թթվածին պարունակող թթու մոլեկուլներ, որոնք ունեն բարձր լիցքեր օքսիդացված ատոմի վրա ():
Հաճախ է պատահում, որ մոլեկուլը պարունակում է մի քանի ռեակցիայի կենտրոններ, ընդ որում՝ տարբեր բնույթի՝ և՛ նուկլեոֆիլ, և՛ էլեկտրոֆիլ:
3. Ռադիկալներ (R).
Կախված ռեագենտի տեսակից և հետերոլիտիկ կապի ճեղքման ուղուց՝ սուբստրատի մոլեկուլում ձևավորվում են տարբեր արգասիքներ։ Սա կարող է ներկայացվել ընդհանուր ձևերով.
Նման սխեմաների համաձայն ընթացող ռեակցիաները կոչվում են էլեկտրոֆիլ փոխարինման ռեակցիաներ (SE), քանի որ ռեակցիան, ըստ էության, փոխարինում է, իսկ հարձակվող նյութը էլեկտրոֆիլ մասնիկ է:
Նման սխեմաների համաձայն ընթացող ռեակցիաները կոչվում են նուկլեոֆիլային փոխարինման ռեակցիաներ (SN), քանի որ ռեակցիան, ըստ էության, փոխարինում է, իսկ հարձակվող նյութը նուկլեոֆիլ տեսակ է:
Եթե հարձակվող գործակալը ռադիկալ է, ապա ռեակցիան ընթանում է արմատական մեխանիզմով։
>> Քիմիա. Քիմիական ռեակցիաների տեսակները օրգանական քիմիայում
Օրգանական նյութերի ռեակցիաները պաշտոնապես կարելի է բաժանել չորս հիմնական տեսակի՝ փոխարինում, ավելացում, վերացում (վերացում) և վերադասավորում (իզոմերացում): Ակնհայտ է, որ օրգանական միացությունների ռեակցիաների ողջ բազմազանությունը չի կարող կրճատվել առաջարկվող դասակարգման շրջանակներում (օրինակ՝ այրման ռեակցիաներ)։ Այնուամենայնիվ, նման դասակարգումը կօգնի անալոգիաներ հաստատել անօրգանական քիմիայի ընթացքում ձեզ արդեն ծանոթ անօրգանական նյութերի միջև տեղի ունեցող ռեակցիաների դասակարգման հետ:
Որպես կանոն, ռեակցիային մասնակցող հիմնական օրգանական միացությունը կոչվում է սուբստրատ, իսկ ռեակցիայի մյուս բաղադրիչը պայմանականորեն դիտարկվում է որպես ռեագենտ։
Փոխարինման ռեակցիաներ
Այն ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են սկզբնական մոլեկուլում (ենթաշերտի) մեկ ատոմի կամ ատոմների խմբի փոխարինմանը այլ ատոմներով կամ ատոմների խմբերով, կոչվում են փոխարինման ռեակցիաներ։
Փոխարինման ռեակցիաները ներառում են հագեցած և արոմատիկ միացություններ, ինչպիսիք են, օրինակ, ալկանները, ցիկլոալկանները կամ արենները։
Բերենք նման արձագանքների օրինակներ։
Ռեակցիայի դասակարգում
Գոյություն ունեն չորս հիմնական տեսակի ռեակցիաներ, որոնցում մասնակցում են օրգանական միացությունները՝ փոխարինում (տեղաշարժում), ավելացում, վերացում (կտրում), վերադասավորում։
3.1 Փոխարինման ռեակցիաներ
Առաջին տիպի ռեակցիաներում փոխարինումը սովորաբար տեղի է ունենում ածխածնի ատոմում, սակայն փոխարինված ատոմը կարող է լինել ջրածնի ատոմ կամ որևէ այլ ատոմ կամ ատոմների խումբ։ Էլեկտրաֆիլային փոխարինման ժամանակ առավել հաճախ փոխարինվում է ջրածնի ատոմը. Օրինակ՝ դասական անուշաբույր փոխարինումը.
Նուկլեոֆիլային փոխարինման ժամանակ ավելի հաճախ փոխարինվում է ոչ թե ջրածնի ատոմը, այլ այլ ատոմները, օրինակ.
NC - + R−Br → NC−R +BR -
3.2 Ավելացման ռեակցիաներ
Ավելացման ռեակցիաները կարող են լինել նաև էլեկտրոֆիլ, նուկլեոֆիլ կամ արմատական՝ կախված գործընթացն սկսող տեսակների տեսակից։ Սովորական ածխածին-ածխածին կրկնակի կապերին կցումը սովորաբար առաջանում է էլեկտրոֆիլով կամ ռադիկալով: Օրինակ, ավելացնելով HBr
կարող է սկսվել կրկնակի կապի վրա H + պրոտոնի կամ Br· արմատականի հարձակմամբ:
3.3 Վերացման ռեակցիաներ
Վերացման ռեակցիաները, ըստ էության, հավելման ռեակցիաների հակառակն են. Նման ռեակցիայի ամենատարածված տեսակը ջրածնի ատոմի և մեկ այլ ատոմի կամ խմբի հեռացումն է հարևան ածխածնի ատոմներից՝ ալկեններ ձևավորելու համար.
3.4 Վերադասավորման ռեակցիաներ
Վերադասավորումները կարող են տեղի ունենալ նաև միջանկյալ նյութերի միջոցով, որոնք կատիոններ, անիոններ կամ ռադիկալներ են. Ամենից հաճախ այդ ռեակցիաները ուղեկցվում են կարբոկացիաների կամ էլեկտրոնների պակաս ունեցող այլ մասնիկների առաջացմամբ: Վերադասավորումները կարող են ներառել ածխածնային կմախքի զգալի վերադասավորում: Նման ռեակցիաների իրական վերադասավորման փուլին հաճախ հաջորդում են փոխարինման, ավելացման կամ վերացման քայլերը, որոնք հանգեցնում են կայուն վերջնական արտադրանքի ձևավորմանը:
Քիմիական ռեակցիայի փուլային նկարագրությունը կոչվում է մեխանիզմ: Էլեկտրոնային տեսանկյունից քիմիական ռեակցիայի մեխանիզմը հասկացվում է որպես մոլեկուլներում կովալենտային կապերի խզման մեթոդ և վիճակների հաջորդականություն, որոնց միջով անցնում են արձագանքող նյութերը մինչև ռեակցիայի արտադրանքի վերածվելը:
4.1 Ազատ ռադիկալների ռեակցիաներ
Ազատ ռադիկալների ռեակցիաները քիմիական գործընթացներ են, որոնցում մասնակցում են չզույգված էլեկտրոններով մոլեկուլներ։ Ազատ ռադիկալների ռեակցիաների որոշ ասպեկտներ եզակի են՝ համեմատած այլ տեսակի ռեակցիաների հետ։ Հիմնական տարբերությունն այն է, որ ազատ ռադիկալների շատ ռեակցիաներ շղթայական ռեակցիաներ են: Սա նշանակում է, որ գոյություն ունի մեխանիզմ, որով բազմաթիվ մոլեկուլներ վերածվում են արտադրանքի՝ կրկնվող գործընթացի միջոցով, որը սկսվել է մեկ ռեակտիվ տեսակի ստեղծմամբ: Տիպիկ օրինակը պատկերված է հետևյալ հիպոթետիկ մեխանիզմով.
Այն փուլը, որում առաջանում է ռեակցիայի միջանկյալ նյութը, այս դեպքում՝ A·, կոչվում է սկիզբ: Այս փուլը տեղի է ունենում բարձր ջերմաստիճանում, ուլտրամանուշակագույն կամ պերօքսիդների ազդեցության տակ, ոչ բևեռային լուծիչներում: Այս օրինակի հաջորդ չորս հավասարումները կրկնում են երկու ռեակցիաների հաջորդականությունը. դրանք ներկայացնում են շղթայի զարգացման փուլը: Շղթայական ռեակցիաները բնութագրվում են շղթայի երկարությամբ, որը համապատասխանում է զարգացման փուլերի քանակին մեկ մեկնարկային փուլում: Երկրորդ փուլն ընթանում է միացության միաժամանակյա սինթեզով և նոր ռադիկալի ձևավորմամբ, որը շարունակում է փոխակերպումների շղթան։ Վերջին քայլը շղթայի դադարեցումն է, որը ներառում է ցանկացած ռեակցիա, որը ոչնչացնում է ռեակցիայի միջանկյալներից մեկը, որն անհրաժեշտ է շղթայի տարածման համար: Որքան շատ է շղթայի դադարեցման փուլերը, այնքան ավելի կարճ է դառնում շղթայի երկարությունը:
Ազատ ռադիկալների ռեակցիաներն ընթանում են՝ 1) լույսի ներքո, բարձր ջերմաստիճանում կամ այլ նյութերի տարրալուծման ժամանակ առաջացող ռադիկալների առկայության դեպքում. 2) արգելակվում է ազատ ռադիկալների հետ հեշտությամբ արձագանքող նյութերով. 3) ընթանում են ոչ բևեռային լուծիչներում կամ գոլորշիների փուլում. 4) հաճախ ունենում են ավտոկատալիտիկ և ինդուկցիոն շրջան մինչև ռեակցիայի մեկնարկը. 5) կինետիկորեն դրանք շղթայական են.
Արմատական փոխարինման ռեակցիաները բնորոշ են ալկաններին, իսկ արմատական ավելացման ռեակցիաները՝ ալկեններին և ալկիններին։
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br
CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl
Ազատ ռադիկալների միացումը միմյանց հետ և շղթայի դադարեցումը տեղի է ունենում հիմնականում ռեակտորի պատերին։
4.2 Իոնային ռեակցիաներ
Այն ռեակցիաները, որոնցում հետերոլիտիկկապերի խզումը և իոնային տիպի միջանկյալ մասնիկների առաջացումը կոչվում են իոնային ռեակցիաներ։
Իոնային ռեակցիաները տեղի են ունենում. 2) չեն ազդում ազատ ռադիկալների մաքրող նյութերից. 3) լուծիչի բնույթն ազդում է ռեակցիայի ընթացքի վրա. 4) հազվադեպ են առաջանում գոլորշիների փուլում. 5) կինետիկորեն դրանք հիմնականում առաջին կամ երկրորդ կարգի ռեակցիաներ են.
Ըստ մոլեկուլի վրա գործող ռեագենտի բնույթի՝ իոնային ռեակցիաները բաժանվում են էլեկտրոֆիլԵվ նուկլեոֆիլ. Նուկլեոֆիլ փոխարինման ռեակցիաները բնորոշ են ալկիլ և արիլ հալոգենիդներին,
CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl
C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl
C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O
C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl
էլեկտրոֆիլային փոխարինում - կատալիզատորների առկայության դեպքում ալկանների համար
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH (CH 3) -CH 2 -CH 3
և ասպարեզներ:
C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O
Ալկեններին բնորոշ են էլեկտրաֆիլային ավելացման ռեակցիաները
CH 3 -CH \u003d CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br
և ալկիններ
CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl
նուկլեոֆիլ հավելում - ալկինների համար:
CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C (OC 2 H 5) = CH 2
